JP2007096036A - Set-up circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板上に形成される昇圧回路に関し、更に詳しくは標準CMOSプロセスのLSIに混載可能な昇圧回路に関するものである。 The present invention relates to a booster circuit formed on a silicon substrate, and more particularly to a booster circuit that can be embedded in a standard CMOS process LSI.
シリコン基板上に形成可能なコッククロフト・ウォルトン(Cockcroft-Walton)型の昇圧回路が、1976年の論文に掲載された。これは、ドレインとゲートとを接続した駆動MOSトランジスタと、キャパシタとで各段の昇圧セルを構成し、2相のクロック信号に応じて順次次段の昇圧セルに前段の電圧を重畳してゆき、最終段の昇圧セルで所望の電圧を得るものである(非特許文献1参照)。 A Cockcroft-Walton type booster circuit that can be formed on a silicon substrate was published in a 1976 paper. This is because a driving MOS transistor having a drain and a gate connected to each other and a capacitor constitute a boosting cell at each stage, and the voltage at the previous stage is sequentially superimposed on the boosting cell at the next stage according to a two-phase clock signal. A desired voltage is obtained in the final booster cell (see Non-Patent Document 1).
上記コッククロフト・ウォルトン型の昇圧回路では、昇圧電位が大きくなるにつれ、バックバイアス効果の影響が大きくなり、駆動トランジスタの閾値電圧が上昇し、それゆえ昇圧効率が低下するという問題があった。 The Cockcroft-Walton type booster circuit has a problem that as the boosted potential increases, the influence of the back bias effect increases, the threshold voltage of the drive transistor increases, and therefore the boosting efficiency decreases.
そこで、ある従来技術によれば、バックバイアス効果の影響を小さくするため、P型シリコン基板上において各駆動PMOSトランジスタを形成するN型ウェル領域を互いに電気的に分離し、かつ各段にて基板電位を各駆動PMOSトランジスタのソース電位に固定することとした(特許文献1参照)。 Therefore, according to a certain prior art, in order to reduce the influence of the back bias effect, the N-type well region for forming each driving PMOS transistor on the P-type silicon substrate is electrically separated from each other, and the substrate is formed at each stage. The potential is fixed to the source potential of each driving PMOS transistor (see Patent Document 1).
他の従来技術によれば、P型シリコン基板上にトリプルウェル構造を採用し、バックバイアス効果の影響を小さくするため、各駆動NMOSトランジスタを形成するP型ウェル領域を互いに電気的に分離し、かつ各段にて基板電位を各駆動NMOSトランジスタのドレイン電位に固定することとした。また、4相クロック信号タイプの昇圧回路も紹介されている(特許文献2参照)。
さて、フラッシュメモリ、EEPROM等の不揮発性半導体記憶装置においては、信号の書き込みや消去時に電源電圧よりも高い電圧を必要とする。フラッシュメモリの場合、昇圧回路には高バイアス対策用の高耐圧トランジスタを専用プロセスで用いることができる。ところが、先端標準CMOSプロセスのLSIに昇圧回路を搭載する際、専用プロセスの高耐圧トランジスタを用いることができない。したがって、昇圧回路のキャパシタを1つのMOSトランジスタで構成すると、ゲートと基板との間に高電圧が印加され、経時絶縁破壊(Time Dependent Dielectric Breakdown:TDDB)によりキャパシタの耐圧が保証できない等の問題が生じ、先端標準CMOSプロセスのLSIに昇圧回路を搭載することが難しい。 Now, in a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory or an EEPROM, a voltage higher than the power supply voltage is required at the time of signal writing or erasing. In the case of a flash memory, a high withstand voltage transistor for high bias can be used in a dedicated process for the booster circuit. However, when a step-up circuit is mounted on an advanced standard CMOS process LSI, a dedicated high-voltage transistor cannot be used. Therefore, when the capacitor of the booster circuit is composed of one MOS transistor, a high voltage is applied between the gate and the substrate, and the breakdown voltage of the capacitor cannot be guaranteed due to time-dependent dielectric breakdown (TDDB). As a result, it is difficult to mount a step-up circuit on an advanced standard CMOS process LSI.
また、上記のようにバックバイアス効果の対策として各駆動MOSトランジスタを形成するウェル領域を互いに電気的に分離することとすると、各段間で分離層が必要となるため、昇圧回路のレイアウト面積が増加する等の問題が生じる。 Further, as described above, if the well regions forming the respective driving MOS transistors are electrically isolated from each other as a countermeasure against the back bias effect, an isolation layer is required between the respective stages, so that the layout area of the booster circuit is reduced. Problems such as an increase occur.
本発明によれば、各段がMOSトランジスタと、前記MOSトランジスタのドレイン又はソースの一方に一端が接続されたキャパシタとからなり、前記MOSトランジスタが縦列接続されることによって各段が接続されており、各段における前記MOSトランジスタのゲートとドレイン又はソースの一方とが互いに電気的に接続されるとともに、少なくとも1組の隣接するMOSトランジスタの基板がその一方のドレイン又はソースの一方と電気的に接続されていることを特徴とする昇圧回路が提供される。 According to the present invention, each stage includes a MOS transistor and a capacitor having one end connected to one of the drain or source of the MOS transistor, and the stages are connected by cascade connection of the MOS transistors. The gates of the MOS transistors in each stage and one of the drains or the sources are electrically connected to each other, and at least one set of adjacent MOS transistor substrates is electrically connected to the one of the drains or the sources. A booster circuit is provided.
上記構成の昇圧回路によれば、少なくとも1組の隣接する駆動MOSトランジスタの基板がその一方のドレイン又はソースの一方と電気的に接続されているため、バックバイアス効果が抑制され、昇圧効率の低下を抑制することができる。しかも、少なくとも1組の隣接するMOSトランジスタの基板が共通であることにより基板分離領域を削減することができ、レイアウト面積を縮小することができる。 According to the booster circuit having the above-described configuration, the substrate of at least one pair of adjacent drive MOS transistors is electrically connected to one of the drain or the source thereof, so that the back bias effect is suppressed and the boosting efficiency is reduced. Can be suppressed. In addition, since the substrate of at least one pair of adjacent MOS transistors is common, the substrate isolation region can be reduced and the layout area can be reduced.
また、本発明によれば、昇圧回路の各段にてキャパシタを直列接続することで、各キャパシタの両端に印加される電圧を分圧し、キャパシタの耐圧劣化を抑制することができるため、先端標準CMOSプロセスのLSIに昇圧回路を搭載することができる。 Further, according to the present invention, the capacitors connected in series at each stage of the booster circuit can divide the voltage applied to both ends of each capacitor and suppress the deterioration of the breakdown voltage of the capacitor. A booster circuit can be mounted on a CMOS process LSI.
請求項1、2に記載の発明は、各段がMOSトランジスタと、前記MOSトランジスタのドレイン又はソースの一方に一端が接続されたキャパシタとからなり、前記MOSトランジスタが縦列接続されることによって各段が接続されており、各段における前記MOSトランジスタのゲートとドレイン又はソースの一方とが互いに電気的に接続されるとともに、少なくとも1組の隣接するMOSトランジスタの基板がその一方のドレイン又はソースの一方と電気的に接続されていることを特徴とする昇圧回路であって、MOSトランジスタのバックバイアス効果を緩和し、昇圧効率の劣化を抑制し、かつレイアウト面積を縮小することができるという効果を有する。 According to the first and second aspects of the present invention, each stage includes a MOS transistor and a capacitor having one end connected to one of a drain or a source of the MOS transistor, and the MOS transistors are connected in cascade. Are connected to each other, and the gate of the MOS transistor and one of the drain or the source in each stage are electrically connected to each other, and at least one pair of adjacent MOS transistors is connected to one of the drain or the source. Boosting circuit characterized in that the back bias effect of the MOS transistor is mitigated, deterioration of the boosting efficiency is suppressed, and the layout area can be reduced. .
請求項3に記載の発明は前記MOSトランジスタがN型ウェル領域に形成されたPMOSトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の昇圧回路であり、請求項4に記載の発明は前記MOSトランジスタがP型ウェル領域に形成されたNMOSトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の昇圧回路であって、駆動MOSトランジスタをウェル上に形成することで、駆動MOSトランジスタの基板を隣接する駆動MOSトランジスタで共通にすることが可能となり、MOSトランジスタのバックバイアス効果を緩和し、昇圧効率の劣化を抑制し、かつレイアウト面積を縮小することができるという効果を有する。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、少なくとも1つの段のキャパシタは複数の直列接続されたキャパシタからなることを特徴とする請求項1に記載の昇圧回路であって、各キャパシタの両端に印加される電圧を分圧し、キャパシタの耐圧劣化を抑制できるという効果を有する。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、各段がMOSトランジスタと、前記MOSトランジスタのドレイン又はソースの一方に一端が接続されたキャパシタとからなり、少なくとも1つの段のキャパシタは複数の直列接続されたキャパシタからなることを特徴とする昇圧回路であって、各キャパシタの両端に印加される電圧を分圧し、キャパシタの耐圧劣化を抑制できるという効果を有する。 According to a sixth aspect of the present invention, each stage includes a MOS transistor and a capacitor having one end connected to one of a drain or a source of the MOS transistor, and the capacitor of at least one stage is a plurality of capacitors connected in series. The voltage booster circuit is characterized in that the voltage applied to both ends of each capacitor is divided to suppress the deterioration of the breakdown voltage of the capacitor.
請求項7に記載の発明は前記キャパシタがN型のデプレッション(Depletion)MOSトランジスタで構成されたことを特徴とする請求項6に記載の昇圧回路であり、請求項8に記載の発明は前記キャパシタがPMOSトランジスタで構成されたことを特徴とする請求項6に記載の昇圧回路であって、ウェル分離が可能なのでキャパシタを複数直列接続することが可能であり、キャパシタの耐圧劣化を抑制できるという効果を有する。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、各段がLSIの入出力回路を形成するMOSトランジスタと同一のプロセスで製造するMOSトランジスタで構成されたことを特徴とする請求項1又は6に記載の昇圧回路であって、先端標準CMOSプロセスのLSIに混載可能な昇圧回路を実現するという効果を有する。 The invention according to claim 9 is characterized in that each stage is constituted by a MOS transistor manufactured by the same process as the MOS transistor forming the input / output circuit of the LSI. In addition, there is an effect of realizing a booster circuit that can be mixedly mounted on an LSI of an advanced standard CMOS process.
以下、本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態1における昇圧回路の構成を示す回路図である。図2は、本発明の実施形態1における昇圧回路の素子構造を示す断面図である。1〜4はゲート、5、6はN型ウェル領域、7はP型シリコン基板である。図2に示されるように、N型ウェル領域上に形成されたPMOSトランジスタを利用して昇圧回路を構成している。2相クロック信号タイプの昇圧回路であり、キャパシタCp(C11、C21、C31)と駆動トランジスタM(M01、M11、M21、M31)とで構成され、それを駆動するためのクロック信号CLKAとそのCLKAを反転した反転クロック信号CLKBとがキャパシタの一端に印加される。ここでは、駆動トランジスタはPMOSトランジスタ(M01、M11、M21、M31)の4つ、キャパシタ(C11、C21、C31)が3段の場合を示している。駆動トランジスタM01、M11、M21、M31を直列に接続し、そのトランジスタ間の拡散層に昇圧用のキャパシタCpの一端を接続し、その他端にクロック信号が印加される。クロック信号は図3に示すCLKAとCLKBの2相の組み合わせで印加される。駆動トランジスタ(M01、M11、M21、M31)はドレインとゲートとを接続したMOS構成である。この昇圧回路では、クロック信号CLKAとCLKBとに応じて順次次段の昇圧セルに前段の電圧を重畳して昇圧され、最終段の昇圧セルで所望の電圧を得ることができる。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a booster circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the element structure of the booster circuit according to the first embodiment of the present invention. 1 to 4 are gates, 5 and 6 are N-type well regions, and 7 is a P-type silicon substrate. As shown in FIG. 2, a booster circuit is configured using a PMOS transistor formed on an N-type well region. This is a two-phase clock signal type booster circuit, which is composed of a capacitor Cp (C11, C21, C31) and a drive transistor M (M01, M11, M21, M31), and a clock signal CLKA for driving it and its CLKA The inverted clock signal CLKB obtained by inverting is applied to one end of the capacitor. Here, four drive transistors are shown as PMOS transistors (M01, M11, M21, M31) and capacitors (C11, C21, C31) are in three stages. Driving transistors M01, M11, M21, and M31 are connected in series, one end of a boosting capacitor Cp is connected to the diffusion layer between the transistors, and a clock signal is applied to the other end. The clock signal is applied in a combination of two phases CLKA and CLKB shown in FIG. The driving transistors (M01, M11, M21, M31) have a MOS configuration in which the drain and the gate are connected. In this booster circuit, in accordance with the clock signals CLKA and CLKB, the voltage of the previous stage is sequentially superimposed on the booster cell of the next stage and the desired voltage can be obtained in the booster cell of the final stage.
次に昇圧電圧について述べる。図1において駆動トランジスタ(M01、M11、M21、M31)の閾値電圧をそれぞれVt0、Vt1、Vt2、Vt3とする。電源電圧をVDDとし、キャパシタに印加するクロック信号の電圧振幅をVDDとする。昇圧動作に入ると、ノードV11には(VDD−Vt0+VDD)の電位が、ノードV21には(VDD−Vt0+VDD−Vt1+VDD)の電位が、ノードV31には(VDD−Vt0+VDD−Vt1+VDD−Vt2+VDD)の電位が与えられ、最終駆動トランジスタM31のドレイン電位である昇圧電圧VPP1は、
VPP1=(VDD−Vt0)+VDD×3−(Vt1+Vt2+Vt3)
の電位まで昇圧される。
Next, the boosted voltage will be described. In FIG. 1, the threshold voltages of the drive transistors (M01, M11, M21, M31) are Vt0, Vt1, Vt2, and Vt3, respectively. The power supply voltage is VDD, and the voltage amplitude of the clock signal applied to the capacitor is VDD. When the step-up operation is started, the potential of (VDD−Vt0 + VDD) is at node V11, the potential of (VDD−Vt0 + VDD−Vt1 + VDD) is at node V21, and the potential of (VDD−Vt0 + VDD−Vt1 + VDD−Vt2 + VDD) is at node V31. Given, the boosted voltage VPP1 which is the drain potential of the final drive transistor M31 is:
VPP1 = (VDD−Vt0) + VDD × 3− (Vt1 + Vt2 + Vt3)
It is boosted to the potential of.
駆動トランジスタがn段の場合、n段目の駆動トランジスタのドレイン電位である昇圧電圧VPP1は、
VPP1=(VDD−Vt0)+VDD×n
−(Vt1+Vt2+Vt3+・・・+Vtn)
の電位まで昇圧される。
When the driving transistor has n stages, the boosted voltage VPP1, which is the drain potential of the n-th driving transistor, is
VPP1 = (VDD−Vt0) + VDD × n
− (Vt1 + Vt2 + Vt3 +... + Vtn)
It is boosted to the potential of.
図6xは、従来技術2の昇圧回路(キャパシタをN型のデプレッションMOS(DMOS)で構成した場合)のレイアウト図を示す。
FIG. 6x shows a layout diagram of the booster circuit (when the capacitor is configured by an N-type depletion MOS (DMOS)) according to the
図4は、本発明の実施形態1における図1の昇圧回路においてキャパシタをN型のデプレッションMOS(DMOS)で構成した場合のレイアウト図である。ここで、11は駆動PMOSトランジスタのウェル電位を与えるウェルコンタクト領域、12はN型DMOSのキャパシタ、13は駆動PMOSトランジスタである。本発明の昇圧回路では、駆動PMOSトランジスタM01とM11、M21とM31のウェルコンタクト領域を共通化することができるのでレイアウト面積を縮小することができる。 FIG. 4 is a layout diagram in the case where the capacitor is formed of an N-type depletion MOS (DMOS) in the booster circuit of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention. Here, 11 is a well contact region for providing a well potential of a driving PMOS transistor, 12 is an N-type DMOS capacitor, and 13 is a driving PMOS transistor. In the booster circuit of the present invention, since the well contact regions of the driving PMOS transistors M01 and M11, M21 and M31 can be shared, the layout area can be reduced.
以上のとおり、本発明の実施形態1における昇圧回路は、各段がPMOSトランジスタと、前記PMOSトランジスタのドレイン又はソースの一方に一端が接続されたキャパシタとからなり、前記PMOSトランジスタが縦列接続されることによって各段が接続されており、各段における前記MOSトランジスタのゲートとドレイン又はソースの一方とが互いに電気的に接続されるとともに、少なくとも1組の隣接するPMOSトランジスタの基板がその一方のドレイン又はソースの一方と電気的に接続されているため、昇圧電位が大きくなってもバックバイアス効果の影響を小さくし、駆動トランジスタの閾値電圧上昇を抑制することができる。したがって、図1に示される本発明の昇圧回路は昇圧効率が劣化しない。また、この昇圧回路は少なくとも1組の隣接するPMOSトランジスタの基板が共通であることにより基板分離領域(ウェル分離)を削減することができるので、レイアウト面積を縮小することができる。 As described above, in the booster circuit according to the first embodiment of the present invention, each stage includes a PMOS transistor and a capacitor having one end connected to one of the drain and the source of the PMOS transistor, and the PMOS transistors are connected in cascade. Each stage is connected to each other, and the gate and drain or source of the MOS transistor in each stage are electrically connected to each other, and at least one pair of adjacent PMOS transistor substrates is connected to the one drain. Alternatively, since it is electrically connected to one of the sources, the influence of the back bias effect can be reduced even when the boosted potential is increased, and an increase in the threshold voltage of the driving transistor can be suppressed. Accordingly, the boosting efficiency of the booster circuit of the present invention shown in FIG. 1 does not deteriorate. In addition, since the booster circuit can reduce the substrate isolation region (well isolation) by sharing the substrate of at least one pair of adjacent PMOS transistors, the layout area can be reduced.
図5は、本発明の実施形態2における昇圧回路の構成を示す回路図である。図6は、本発明の実施形態2における昇圧回路の素子構造を示す断面図である。ここで、14、15、16、17はゲート、18、20はP型ウェル領域、19、21はN型ウェル領域、22はP型シリコン基板である。図6に示されるように、トリプルウェル(N型ウェル上のP型ウェル)上に形成されたNMOSトランジスタを利用して昇圧回路を構成している。本発明の昇圧回路において、駆動MOSトランジスタ(M02、M12、M22、M32)にNMOSを用いる場合には、トリプルウェルプロセスが必要となる。2相クロック信号タイプの昇圧回路であり、キャパシタCp(C12、C22、C32)と駆動トランジスタM(M02、M12、M22、M32)とで構成され、それを駆動するためのクロック信号CLKAとそのCLKAを反転した反転クロック信号CLKBとがキャパシタの一端に印加される。ここでは、駆動トランジスタがM02、M12、M22、M32の4つ、キャパシタが3段の場合を示している。駆動トランジスタ(M02、M12、M22、M32)を直列に接続し、そのトランジスタ間の拡散層に昇圧用のキャパシタCpの一端を接続し、その他端にクロック信号が印加される。図3に示されるように、クロック信号はCLKAとCLKBの2相の組み合わせで印加される。駆動トランジスタ(M02、M12、M22、M32)はドレインとゲートとを接続したMOS構成である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a booster circuit according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing the element structure of the booster circuit according to the second embodiment of the present invention. Here, 14, 15, 16, 17 are gates, 18, 20 are P-type well regions, 19, 21 are N-type well regions, and 22 is a P-type silicon substrate. As shown in FIG. 6, a booster circuit is configured using an NMOS transistor formed on a triple well (P-type well on an N-type well). In the booster circuit of the present invention, when an NMOS is used for the driving MOS transistors (M02, M12, M22, M32), a triple well process is required. This is a two-phase clock signal type booster circuit, which is composed of a capacitor Cp (C12, C22, C32) and a driving transistor M (M02, M12, M22, M32), and a clock signal CLKA and its CLKA for driving it. The inverted clock signal CLKB obtained by inverting is applied to one end of the capacitor. Here, a case is shown in which there are four drive transistors M02, M12, M22, and M32 and three stages of capacitors. Driving transistors (M02, M12, M22, M32) are connected in series, one end of a boosting capacitor Cp is connected to a diffusion layer between the transistors, and a clock signal is applied to the other end. As shown in FIG. 3, the clock signal is applied in a combination of two phases CLKA and CLKB. The drive transistors (M02, M12, M22, M32) have a MOS configuration in which the drain and the gate are connected.
この昇圧回路では、クロック信号CLKAとCLKBに応じて順次次段の昇圧セルに前段の電圧を重畳して昇圧され、n段目の昇圧セルで所望の電圧を得ることができる。 In this booster circuit, in accordance with the clock signals CLKA and CLKB, the voltage of the previous stage is sequentially superimposed on the booster cell of the next stage, and a desired voltage can be obtained in the nth booster cell.
図1に示される実施形態1の昇圧回路と同じ構成であり、各段がNMOSトランジスタと、前記NMOSトランジスタのソースに一端が接続されたキャパシタとからなり、前記NMOSトランジスタ(M02、M12、M22、M32)が縦列接続されることによって各段が接続されており、各段における前記NMOSトランジスタ(M02、M12、M22、M32)のゲートとドレイン又はソースの一方とが互いに電気的に接続されるとともに、少なくとも1組の隣接するNMOSトランジスタの基板がその一方のドレイン又はソースの一方と電気的に接続されているため、昇圧電位が大きくなってもバックバイアス効果の影響を小さくし、駆動NMOSトランジスタ(M02、M12、M22、M32)の閾値電圧の上昇を抑制することができる。したがって、図5に示される本発明の実施形態2における昇圧回路は昇圧効率が劣化しない。また、この昇圧回路は少なくとも1組の隣接するNMOSトランジスタ(M02、M12、M22、M32)の基板が共通であることにより基板分離領域を削減することができるので、レイアウト面積を縮小することができる。 1 has the same configuration as the booster circuit according to the first embodiment, and each stage includes an NMOS transistor and a capacitor having one end connected to the source of the NMOS transistor, and the NMOS transistors (M02, M12, M22, Each stage is connected by cascading M32), and the gate of the NMOS transistor (M02, M12, M22, M32) and one of the drain or the source in each stage are electrically connected to each other. Since the substrate of at least one pair of adjacent NMOS transistors is electrically connected to one of the drain or source, the influence of the back bias effect is reduced even when the boosted potential is increased, and the driving NMOS transistor ( M02, M12, M22, M32) are prevented from increasing in threshold voltage. Can. Therefore, the boosting efficiency in the booster circuit according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 does not deteriorate. In addition, since this booster circuit can reduce the substrate isolation region by sharing the substrate of at least one pair of adjacent NMOS transistors (M02, M12, M22, M32), the layout area can be reduced. .
図7は、本発明の実施形態3における昇圧回路の構成を示す回路図である。各段がPMOSトランジスタ(M03、M13、M23、M33)と、前記PMOSトランジスタ(M03、M13、M23、M33)のドレイン又はソースの一方に一端が接続されたキャパシタとからなり、1段目のキャパシタC13は1つ、2段目のキャパシタは2つのキャパシタC23a、C23bの直列接続、3段目のキャパシタは3つのキャパシタC33a、C33b、C33cの直列接続により構成されることを特徴とする昇圧回路である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of the booster circuit according to the third embodiment of the present invention. Each stage comprises a PMOS transistor (M03, M13, M23, M33) and a capacitor having one end connected to one of the drain or source of the PMOS transistor (M03, M13, M23, M33). C13 is a booster circuit characterized in that one capacitor is connected in series with two capacitors C23a and C23b, and a capacitor in the third stage is connected in series with three capacitors C33a, C33b and C33c. is there.
上述したように、昇圧動作に入ると、ノードV13には(VDD−Vt0+VDD)の電位が、ノードV23には(VDD−Vt0+VDD−Vt1+VDD)の電位が与えられる。ノードV33には(VDD−Vt0+VDD−Vt1+VDD−Vt2+VDD)の電位が与えられる。後段のノードほど高電圧になるため、ここでは1段目のキャパシタC13は1つ、2段目のキャパシタは2つのキャパシタC23a、C23bの直列接続、3段目のキャパシタは3つのキャパシタC33a、C33b、C33cの直列接続により、各キャパシタの両端に印加される電圧を分圧し、キャパシタの耐圧を抑制することができる。各段におけるキャパシタの直列接続数は、各段のノードに印加される最大電圧及びキャパシタのTDDB特性等を考慮して決める。以上のようなキャパシタ構成にすることで、先端CMOS標準プロセスで追加のマスク無くキャパシタの耐圧劣化を抑制し、昇圧回路を搭載することが可能になる。 As described above, when the step-up operation is started, the potential of (VDD−Vt0 + VDD) is applied to the node V13, and the potential of (VDD−Vt0 + VDD−Vt1 + VDD) is applied to the node V23. A potential of (VDD−Vt0 + VDD−Vt1 + VDD−Vt2 + VDD) is applied to the node V33. Since the voltage at the subsequent node becomes higher, the first capacitor C13 is one here, the second capacitor is a series connection of two capacitors C23a and C23b, and the third capacitor is three capacitors C33a and C33b. , C33c connected in series can divide the voltage applied to both ends of each capacitor and suppress the withstand voltage of the capacitor. The number of capacitors connected in series at each stage is determined in consideration of the maximum voltage applied to the node of each stage, the TDDB characteristics of the capacitor, and the like. With the capacitor configuration as described above, it is possible to suppress the deterioration of the breakdown voltage of the capacitor and mount a booster circuit without an additional mask in the advanced CMOS standard process.
図8は、本発明の実施形態4における昇圧回路の構成を示す回路図である。この昇圧回路のキャパシタ(C14、C24a、C24b、C34a、C34b、C34c)はN型のDMOSキャパシタで構成され、1段目はN型DMOSキャパシタC14、2段目はN型DMOSキャパシタC24a及びC24b、3段目はN型DMOSキャパシタC34a、C34b及びC34cからなる。キャパシタにN型DMOSキャパシタを用いる場合、図8に示されるようにN型DMOSキャパシタのゲートを高電圧側であるV14、V24、V34に、N型ウェルを低電圧側(CLKA、CLKB)に接続することで安定したチャネル反転容量が得られる。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of the booster circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The capacitors (C14, C24a, C24b, C34a, C34b, C34c) of this booster circuit are constituted by N-type DMOS capacitors, the first stage is an N-type DMOS capacitor C14, the second stage is N-type DMOS capacitors C24a and C24b, The third stage consists of N-type DMOS capacitors C34a, C34b and C34c. When an N-type DMOS capacitor is used as the capacitor, as shown in FIG. 8, the gate of the N-type DMOS capacitor is connected to V14, V24, V34 on the high voltage side, and the N-type well is connected to the low voltage side (CLKA, CLKB). By doing so, a stable channel inversion capacitance can be obtained.
図9は、本発明の実施形態4における昇圧回路に用いるN型DMOSキャパシタの断面図である。23はN型DMOSキャパシタのゲート端子、24はN型DMOSキャパシタのN型ウェル(拡散層)端子、25はN型ウェル領域、26はP型シリコン基板である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of an N-type DMOS capacitor used in the booster circuit according to Embodiment 4 of the present invention. 23 is a gate terminal of the N-type DMOS capacitor, 24 is an N-type well (diffusion layer) terminal of the N-type DMOS capacitor, 25 is an N-type well region, and 26 is a P-type silicon substrate.
図10は、N型DMOSキャパシタを用いた本発明の実施形態4における昇圧回路のレイアウト図である。ここに、30はウェルコンタクト領域、31はキャパシタ、32は駆動MOSトランジスタである。昇圧キャパシタの値は1pFで、図8においてC14は1pF、C24aとC24bは2pF、C34aとC34bとC34cは3pFである。図8に示される本発明の昇圧回路では駆動PMOSトランジスタ(M04、M14、M24、M34)のウェルが共通に接続されているため、ウェル分離領域を削減することができるので、昇圧回路のレイアウト面積を縮小することができる。 FIG. 10 is a layout diagram of the booster circuit according to the fourth embodiment of the present invention using an N-type DMOS capacitor. Here, 30 is a well contact region, 31 is a capacitor, and 32 is a driving MOS transistor. The value of the boost capacitor is 1 pF. In FIG. 8, C14 is 1 pF, C24a and C24b are 2 pF, and C34a, C34b, and C34c are 3 pF. In the booster circuit of the present invention shown in FIG. 8, since the wells of the driving PMOS transistors (M04, M14, M24, M34) are connected in common, the well isolation region can be reduced, so the layout area of the booster circuit Can be reduced.
図11は、本発明の実施形態5における昇圧回路の構成を示す回路図である。この昇圧回路のキャパシタはPMOSキャパシタ(C15、C25a、C25b、C35a、C35b、C35c)で構成され、1段目はPMOSキャパシタC15、2段目はPMOSキャパシタC25a及びC25b、3段目はPMOSキャパシタC35a、C35b及びC35cからなる。昇圧キャパシタにPMOSキャパシタを用いる場合、図11に示されるようにPMOSキャパシタのゲートを低電圧側(CLKA、CLKB)に、N型ウェルを高電圧側(V15、V25、V35)に接続することで安定したチャネル反転容量が得られる。 FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a booster circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The capacitor of this booster circuit is composed of PMOS capacitors (C15, C25a, C25b, C35a, C35b, C35c). The first stage is the PMOS capacitor C15, the second stage is the PMOS capacitors C25a and C25b, and the third stage is the PMOS capacitor C35a. , C35b and C35c. When a PMOS capacitor is used as a boost capacitor, the PMOS capacitor gate is connected to the low voltage side (CLKA, CLKB) and the N-type well is connected to the high voltage side (V15, V25, V35) as shown in FIG. A stable channel inversion capacity can be obtained.
なお、上記各実施形態において、LSIの入出力回路を形成するMOSトランジスタと同一のプロセスで製造するMOSトランジスタで各段を構成すれば、先端標準CMOSプロセスのLSIに混載可能な昇圧回路を実現できる。 In each of the above-described embodiments, if each stage is constituted by a MOS transistor manufactured by the same process as the MOS transistor forming the input / output circuit of the LSI, a booster circuit that can be embedded in the LSI of the advanced standard CMOS process can be realized. .
本発明に係る昇圧回路は、標準CMOSプロセスのLSIにおける不揮発性メモリの内蔵昇圧回路として有用である。 The booster circuit according to the present invention is useful as a built-in booster circuit for a non-volatile memory in a standard CMOS process LSI.
1、2、3、4、14、15、16、17 ゲート
5、6、19、21、25 N型ウェル領域
7、22、26 P型シリコン基板
11、30 ウェルコンタクト領域
12、31 キャパシタ領域
13、32 MOSトランジスタ
18、20 P型ウェル領域
23 N型DMOSキャパシタのゲート端子
24 N型DMOSキャパシタのN型ウェル(拡散層)端子
C11、C21、C31 キャパシタ
C12、C22、C32 キャパシタ
C13、C23a、C23b、C33a、C33b、C33c キャパシタ
C14、C24a、C24b、C34a、C34b、C34c キャパシタ
C15、C25a、C25b、C35a、C35b、C35c キャパシタ
CLKA、CLKB クロック信号
M01、M11、M21、M31 駆動PMOSトランジスタ
M02、M12、M22、M32 駆動NMOSトランジスタ
M03、M13、M23、M33 駆動PMOSトランジスタ
M04、M14、M24、M34 駆動PMOSトランジスタ
M05、M15、M25、M35 駆動PMOSトランジスタ
V11、V21、V31 ノード
V12、V22、V32 ノード
V13、V23、V33 ノード
V14、V24、V34 ノード
V15、V25、V35 ノード
VDD 電源電圧
VPP1〜VPP5 昇圧回路の出力電圧
1, 2, 3, 4, 14, 15, 16, 17
Claims (9)
各段における前記MOSトランジスタのゲートとドレイン又はソースの一方とが互いに電気的に接続されるとともに、少なくとも1組の隣接するMOSトランジスタの基板がその一方のドレイン又はソースの一方と電気的に接続されていることを特徴とする昇圧回路。 Each stage consists of a MOS transistor and a capacitor having one end connected to one of the drain or source of the MOS transistor, and each stage is connected by cascading the MOS transistors,
In each stage, the gate of the MOS transistor and one of the drain or the source are electrically connected to each other, and the substrate of at least one pair of adjacent MOS transistors is electrically connected to one of the one drain or source. A booster circuit characterized by comprising:
連続する2段の前記キャパシタの他端に逆位相の1対のクロック信号が入力されることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1,
A booster circuit, wherein a pair of clock signals having opposite phases are input to the other end of the two successive capacitors.
前記MOSトランジスタがN型ウェル領域に形成されたPMOSトランジスタであることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1,
A booster circuit, wherein the MOS transistor is a PMOS transistor formed in an N-type well region.
前記MOSトランジスタがP型ウェル領域に形成されたNMOSトランジスタであることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1,
A booster circuit, wherein the MOS transistor is an NMOS transistor formed in a P-type well region.
少なくとも1つの段のキャパシタは複数の直列接続されたキャパシタからなることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1,
The booster circuit according to claim 1, wherein the capacitor of at least one stage includes a plurality of capacitors connected in series.
前記キャパシタがN型のデプレッションMOSトランジスタで構成されたことを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 6, wherein
A booster circuit, wherein the capacitor is formed of an N-type depletion MOS transistor.
前記キャパシタがPMOSトランジスタで構成されたことを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 6, wherein
A booster circuit, wherein the capacitor comprises a PMOS transistor.
各段がLSIの入出力回路を形成するMOSトランジスタと同一のプロセスで製造するMOSトランジスタで構成されたことを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1 or 6,
A booster circuit characterized in that each stage is constituted by a MOS transistor manufactured by the same process as a MOS transistor forming an input / output circuit of an LSI.
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